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固硫灰特性及其复合胶凝材料的性能研究

刘国志

  工业废弃物的资源化综合利用是我国工业实现“绿色”经济和可持续发展的重要途径之一。固硫灰是我国火电厂在控制S02的排放后,产生的主要废弃物之一,含有一定的烧粘土质矿物,化学成分与粉煤灰比较相似,适合做建筑材料的原材料。但是,固硫灰应用方面存在品质差异较大,且其含有的含硫矿物和残余石灰导致其在复合胶凝材料中安定性不良等主要问题。目前固硫灰资源化利用程度较低,大多采用堆积或填埋的方式处理。其在建材方面的应用主要参照粉煤灰的利用方式,对建材制品带来的潜在影响尚未经过充分论证。本文研究的主要目的在于将固硫灰大规模安全应用于建材工业中,一方面有利于提高其工业附加值降低脱硫技术成本,促进脱硫措施在我国火电行业的大力推广,另一方面能够有效降低水泥工业的环境污染,实现绿色化生产。 针对目前固硫灰的大掺量应用于复合胶凝材料体系缺乏系统研究及具体参照标准等问题,本文主要研究固硫灰的物化特性、其作为掺合料配制复合胶凝材料的力学性能、变形性能和耐久性能,并在此研究基础上提出不同品质固硫灰的应用安全阂值(即最大安全掺量)。研究的主要内容和结论如下: 1、根据不同地域燃煤中硫含量差异,针对云南、河北、河南等地的火电企业所产的固硫灰进行资源特性分析。 西南高硫煤地区的固硫灰含硫量明显高于其它地区,固硫灰中的含硫量(以SO3质量计)约12%华中及华北低硫煤产区,固硫灰中硫含量较低。固硫灰烧失量较大,矿物相组成主要为CaCO3、SiO2、Fe2O3和CaSO4(硬石膏II-E),且颗粒表面较为疏松,棱角状颗粒的表面和内部均有不规则的凹痕或气孔。 2、研究了含硫量≤13%,掺量介于15%-45%的固硫灰复合胶凝材料的基本物理力学性能。 随着固硫灰掺量的增加,复合胶凝材料体系的需水量呈明显增加的趋势。同等掺量条件下,随固硫灰中含硫量减少,需水量呈减小趋势。不同品质固硫灰均有一定的缓凝作用。 本试验条件下,不考虑其它因素的影响,含硫量7%固硫灰,制备42.5强度等级水泥时固硫灰掺量约为31%,32.5强度等级约为45%。含硫量10%固硫灰掺量为45%时,其28d胶砂强度达到41.9MPa,制备42.5强度等级水泥时掺量控制为44%;含硫量13%固硫灰,掺量为45%,28d胶砂强度可达35.4MPa,制备42.5强度等级水泥的掺量控制约为33%,制备32.5强度等级时约为50%。 3、选择膨胀率和干缩后的残余伸长率两个指标为表征参数,研究了固硫灰复合胶凝材料的变形性能。 固硫灰复合胶凝材料的膨胀率大于纯硅酸盐水泥膨胀率,随掺量增大,膨胀率增大,且在28d时均基本达到膨胀稳定期。固硫灰含硫量≥10%,其掺量由30%增至45%时,膨胀率增加量急剧增多。当其含硫量为13%,掺量达到45%时,复合胶凝材料的膨胀率超出了安全范围。固硫灰含硫越高,复合胶凝材料干燥收缩后残余伸长率愈大,膨胀可转化为预加应力进行较长时间的收缩补偿。 4、主要选择抗硫酸盐侵蚀和抗冻性两个指标来评价掺加固硫灰在耐久性方面的表现。 复合胶凝材料随固硫灰掺量的增加其抗硫酸盐侵蚀性降低;含硫5%固硫灰耐蚀性安全掺量约为40%;含硫7%固硫灰耐蚀性安全掺量约为35%;含硫≥10%固硫灰耐蚀性安全掺量约为30%;同时,各品质的固硫灰均能改善复合胶凝材料的抗冻性,且随含硫量的增加其改善效果也逐渐增强;含硫量13%的固硫灰,掺量约为30%时,改善效果最为明显。 5、在上述结果的基础上,对固硫灰进行应用安全阈值分析。 利用52.5强度等级硅酸盐水泥熟料,掺加固硫灰生产生态型水泥时,掺含硫量≤5%固硫灰,其安全掺量宜≤40%,为42.5强度等级水泥;含硫量7%固硫灰,其安全掺量宜≤35%,且掺量≤31%时为42.5强度等级水泥,掺量31%-35%为32.5强度等级水泥;含硫量≥10%固硫灰的安全掺量略大于30%,为42.5强度等级水泥。与普通水泥相比,配制的生态型水泥具有长期强度大、补偿收缩、良好的抗冻性、有效的抗硫酸盐侵蚀性等优越性。……   
[关键词]:固硫灰;胶凝材料;强度;耐久性;安全阈值
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:郑州大学2010年
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